本發(fā)明涉及一種香梨硬度聲振法無損檢測裝置。

背景技術(shù)：

香梨是新疆特色果品，隨著種植區(qū)擴(kuò)大，石細(xì)胞含量較多的粗皮果增多，內(nèi)部品質(zhì)差異變大；香梨的內(nèi)部品質(zhì)可通過口感識別，但誤差大；硬度是評價(jià)水果內(nèi)部品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，目前市場上的水果硬度檢測儀器有硬度計(jì)、質(zhì)構(gòu)儀、SA-1型水果無損硬度計(jì)，硬度計(jì)和質(zhì)構(gòu)儀屬于破壞性檢測，不利于大批量檢測和在線檢測，SA-1型水果無損硬度計(jì)檢測精度受噪聲影響大。申請日：2015年7月30日，申請?zhí)枺?01510470721.3“香梨堅(jiān)實(shí)度無損檢測裝置”用于香梨硬度無損檢測，但這種采用加速度計(jì)檢測香梨硬度的方法，檢測時(shí)會給香梨自由振動增加額外質(zhì)量，且存在定位困難的問題，影響檢測精度，導(dǎo)致香梨內(nèi)部品質(zhì)檢測精度不高。因此，發(fā)明一種便攜、無損、精確的香梨硬度無損檢測裝置有效測定香梨硬度，滿足果農(nóng)、果商、消費(fèi)者和檢測部門的檢測要求，對實(shí)現(xiàn)香梨內(nèi)部品質(zhì)分級和提高香梨商品價(jià)值有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種香梨硬度聲振法無損檢測裝置，以便攜、無損、精確地判斷香梨內(nèi)部品質(zhì)的優(yōu)劣，實(shí)現(xiàn)香梨內(nèi)部品質(zhì)分級和提高香梨商品價(jià)值，有效減少市場上香梨內(nèi)部品質(zhì)參差不齊、質(zhì)優(yōu)價(jià)低的現(xiàn)象，解決了目前市場上水果硬度檢測儀器破壞性檢測、受噪聲影響大、香梨堅(jiān)實(shí)度無損檢測裝置加速度傳感器對香梨自由振動增加額外質(zhì)量且定位困難的問題。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明其特點(diǎn)在于：檢測裝置由香梨聲振激勵感測部件、控制器兩部分構(gòu)成，所述的香梨聲振激勵感測部件由右支架、感測端壓電梁式傳感器、激勵端壓電梁式傳感器、緩沖墊、支撐架、中支架、連接板、超聲波測距傳感器、調(diào)距彈簧、導(dǎo)桿、左支架和底座組成；所述的右支架是用來固定激勵端壓電梁式傳感器，并固定于底座上，所述的激勵端壓電梁式傳感器和感測端壓電梁式傳感器分別對香梨進(jìn)行激勵和感測，所述的緩沖墊置于支撐架上，香梨置于緩沖墊上能夠保持自由振動，所述的支撐架固定于底座上，所述的中支架是用來固定感測端壓電梁式傳感器的，其固定于底座上，所述的連接板用于連接中支架和超聲波測距傳感器，所述的超聲波測距傳感器是用來測量香梨激勵端和感測端之間的距離，所述的調(diào)距彈簧套設(shè)于導(dǎo)桿上，用于調(diào)節(jié)中支架與右支架的距離，使中支架上感測端壓電梁式傳感器和激勵端壓電梁式傳感器與香梨緊密接觸，保證香梨聲振響應(yīng)信號的準(zhǔn)確性，所述的導(dǎo)桿一端通過沉孔螺釘固定于中支架上，對應(yīng)端穿過左支架并伸出左支架10 mm，使調(diào)距彈簧工作時(shí)導(dǎo)桿帶動中支架水平移動，所述的左支架固定于底座上，使導(dǎo)桿水平移動時(shí)方向恒定；所述的控制器分別與激勵端壓電梁式傳感器、感測端壓電梁式傳感器和超聲波測距傳感器相連。

所述的控制器由DSP、高壓放大電路、信號調(diào)理電路、LCD液晶顯示模塊和鍵盤組成；DSP發(fā)出尖波脈沖激勵信號，經(jīng)過高壓放大電路對激勵信號進(jìn)行放大，高壓放大電路連接激勵端壓電梁式傳感器對香梨進(jìn)行聲振激勵，然后感測端壓電梁式傳感器感測出聲振響應(yīng)信號，通過信號調(diào)理電路進(jìn)行信號調(diào)理，然后DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)信號采集，同時(shí)采集超聲波測距傳感器測出的激勵點(diǎn)與感測點(diǎn)之間的距離數(shù)據(jù)，最后通過DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)處理之后由LCD液晶顯示模塊顯示香梨硬度參數(shù)值。

所述的高壓放大電路，包括內(nèi)部含有四獨(dú)立運(yùn)算放大器的LM124運(yùn)放芯片作為電壓跟隨器；由電阻R92和電阻R90構(gòu)成的比例變換電路；由電阻R91、電容C94、電阻R93、電容C90、電容C91和LM124運(yùn)放構(gòu)成有源二階濾波電路；穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的穩(wěn)壓電路。

所述的信號調(diào)理電路，包括內(nèi)部含有四個(gè)獨(dú)立運(yùn)算放大器的LM124芯片作為電壓跟隨器；由電阻R92和電阻R90構(gòu)成的比例變換電路；由電阻R91、電容C94、電阻R93、電容C90、電容C91和LM124運(yùn)放構(gòu)成有源二階濾波電路；穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的穩(wěn)壓電路。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以便攜、無損、精確地判斷香梨內(nèi)部品質(zhì)的優(yōu)劣，有效減少市場上香梨內(nèi)部品質(zhì)參差不齊、質(zhì)優(yōu)價(jià)低的現(xiàn)象，解決了目前市場上水果硬度檢測儀器破壞性檢測、受噪聲影響大、香梨堅(jiān)實(shí)度無損檢測裝置加速度傳感器對香梨自由振動增加額外質(zhì)量且定位困難的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明聲振激勵感測部件的立體結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明聲振激勵感測部件的立體分解圖；

圖4為本發(fā)明控制器電路原理框圖；

圖5為本發(fā)明圖高壓放大電路電路圖；

圖6為本發(fā)明信號調(diào)理電路電路圖；

圖7為本發(fā)明檢測裝置的工作流程圖；

圖示中：1為右支架、2為激勵端壓電梁式傳感器、3為感測端壓電梁式傳感器、4為緩沖墊、5為支撐架、6為中支架、7為連接板、8為超聲波測距傳感器、9為調(diào)距彈簧、10為導(dǎo)桿、11為左支架、12為底座、13為香梨、14控制器。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例：參照附圖1、2、3，香梨硬度聲振法無損檢測裝置包括1為右支架、2為激勵端壓電梁式傳感器、3為感測端壓電梁式傳感器、4為緩沖墊、5為支撐架、6為中支架、7為連接板、8為超聲波測距傳感器、9為調(diào)距彈簧、10為導(dǎo)桿、11為左支架、12為底座、13為香梨、14為控制器；所述的右支架1是用來固定激勵端壓電梁式傳感器2，并固定于底座12上，所述的激勵端壓電梁式傳感器1和感測端壓電梁式傳感器3分別對香梨13進(jìn)行激勵和感測，所述的緩沖墊4置于支撐架5上，香梨13置于緩沖墊4上能夠保持自由振動，所述的支撐架5固定于底座12上，所述的中支架6是用來固定感測端壓電梁式傳感器3的，其固定于底座12上，所述的連接板7用于連接中支架6和超聲波測距傳感器8，所述的超聲波測距傳感器8是用來測量香梨13激勵端和感測端之間的距離，所述的調(diào)距彈簧9套設(shè)于導(dǎo)桿10上，用于調(diào)節(jié)中支架6與右支架2的距離，使中支架6上感測端壓電梁式傳感器3和激勵端壓電梁式傳感器2與香梨13接觸緊密，保證香梨13聲振響應(yīng)信號的準(zhǔn)確性，所述的導(dǎo)桿10一端通過沉孔螺釘固定于中支架6，對應(yīng)端穿過左支架10并伸出10 mm，使調(diào)距彈簧9工作時(shí)導(dǎo)桿10帶動中支架6水平移動，所述的左支架10固定于底座12上，使導(dǎo)桿10水平移動時(shí)方向恒定；所述的控制器14分別于與激勵端壓電梁式傳感器2、感測端壓電梁式傳感器3和超聲波測距傳感器8相連。

測試前將中支架6向左拉動一定距離，然后將香梨13置于緩沖墊4上，然后中支架6由于受到調(diào)距彈簧9產(chǎn)生的彈力作用緩慢向右移動，直到中支架6上的感測端壓電梁式傳感器3接觸到香梨13。

本發(fā)明的香梨硬度聲振法無損檢測裝置工作原理為：

將香梨13置于緩沖墊4上之后，對裝置進(jìn)行上電，由控制器14發(fā)出尖波脈沖激勵信號，通過激勵端壓電梁式傳感器2對香梨13進(jìn)行聲振激勵，然后由感測端壓電梁式傳感器3感測出聲振響應(yīng)信號，同時(shí)超聲波測距傳感器8測出的感測端和激勵端之間的距離，最后由控制器14采集聲振響應(yīng)數(shù)據(jù)信號和距離數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得出聲速值，并根據(jù)聲速與香梨硬度的關(guān)系式得出香梨硬度參數(shù)值，并顯示香梨硬度參數(shù)值。

如圖4所示，所述的控制器14，包括DSP、高壓放大電路、信號調(diào)理電路、LCD液晶顯示模塊和鍵盤。DSP發(fā)出尖波脈沖激勵信號且進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，高壓放大電路對脈沖激勵信號放大，信號調(diào)理電路對感測出的聲振響應(yīng)信號進(jìn)行調(diào)理，LCD液晶顯示模塊顯示香梨硬度參數(shù)值。

控制器的工作原理：按鍵盤中的運(yùn)行按鍵，DSP發(fā)出尖波脈沖激勵信號，然后由高壓放大電路進(jìn)行尖波脈沖激勵信號放大，激勵香梨之后，產(chǎn)生的聲振響應(yīng)信號經(jīng)過信號調(diào)理電路進(jìn)行信號調(diào)理，然后DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理，通過LCD液晶顯示模塊顯示香梨硬度檢測結(jié)果。

如圖5，所述的高壓放大電路，包括PA78DK高壓運(yùn)放芯片及其電阻電容外圍電路；R_in和R_m用來確定放大倍數(shù)，電容C_c1和電阻R_c1構(gòu)成相位補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),電容C_c2和電阻R_c2構(gòu)成相位補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，電容C_s和C_x都是為了防止產(chǎn)生寄生振蕩，R_ci起限流作用。

圖5中的PA78DK是一種高壓運(yùn)放，具有壓擺率高，閑置電流消耗低，能夠方便進(jìn)行外部相位補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點(diǎn)。

高壓放大電路的工作原理: 高壓放大電路包括PA78DK芯片及其電容電阻外圍電路；PA78DK是一種高壓運(yùn)放，尖波脈沖激勵信號經(jīng)V_kin輸入經(jīng)過PA78DK高壓放大電路進(jìn)行電壓放大，經(jīng)V_kout輸出。

如圖6，所述的信號調(diào)理電路，包括內(nèi)部含有四個(gè)獨(dú)立運(yùn)算放大器的LM124運(yùn)放芯片作為電壓跟隨器；由電阻R92和電阻R90構(gòu)成的比例變換電路；由電阻R91、電容C94、電阻R93、電容C90、電容C91和LM124運(yùn)放構(gòu)成有源二階濾波電路；穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的穩(wěn)壓電路。

圖6中的LM124具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。

信號調(diào)理電路原理：由感測端產(chǎn)生的響應(yīng)電信號EXBIN1，經(jīng)過比例變換，降低響應(yīng)電壓值，之后經(jīng)過有源二階濾波電路進(jìn)行濾波，然后經(jīng)過LM124電壓跟隨器，之后再經(jīng)過DT5穩(wěn)壓二極管進(jìn)行穩(wěn)壓，保證輸出穩(wěn)定的電壓AINB1。

圖7所示，檢測裝置的工作流程包括DSP發(fā)出尖波脈沖激勵信號，經(jīng)高壓放大電路放大，通過激勵端壓電梁式傳感器激勵香梨，感測端壓電梁式傳感器感測出聲振響應(yīng)信號，經(jīng)過信號調(diào)理電路調(diào)理，由DSP采集，經(jīng)DSP內(nèi)置程序FFT變換后，并通過算法得出聲振信號傳播時(shí)間，同時(shí)DSP采集測距傳感器測得距離數(shù)據(jù)，經(jīng)過DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得出聲速值，并評估出香梨硬度，最后由LCD液晶顯示模塊顯示香梨硬度參數(shù)值。

本發(fā)明中的控制器需要四組供電電源，分別為-15V、+5V、+3.3V、+50V,上述電源可采用開關(guān)電源芯片和穩(wěn)壓電源芯片(如LM2596S、LM317等型號)加以實(shí)現(xiàn)，控制器電路中的DSP芯片可采用TMS320F28335。